EP1371644B1 - Process for the preparation of caprolactam from polyamide containing waste - Google Patents
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- EP1371644B1 EP1371644B1 EP03013075A EP03013075A EP1371644B1 EP 1371644 B1 EP1371644 B1 EP 1371644B1 EP 03013075 A EP03013075 A EP 03013075A EP 03013075 A EP03013075 A EP 03013075A EP 1371644 B1 EP1371644 B1 EP 1371644B1
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- caprolactam
- polyamide
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D201/00—Preparation, separation, purification or stabilisation of unsubstituted lactams
- C07D201/02—Preparation of lactams
- C07D201/12—Preparation of lactams by depolymerising polyamides
Definitions
- the present invention relates to a continuous and economical process for the preparation of highly pure polyamide waste caprolactam suitable for the polycondensation of polyamide 6 (polycaprolactam).
- Caprolactam is the monomer used to make polyamide 6, which is used to make parts for vehicles and injection molded parts using glass fibers and other aggregates, and to spun fibers for yarns that are used to make carpets, carpeting or other everyday items.
- polyamide 6 A large part of this material is supplied to the intended use in the plastic circuit and goes through the recycling of plastic for recycling. Since the polyamide 6 products are usually not the only material containing amide groups, but also polyamides are present, consisting of different diacids and diamines, must be an identification and sorting in the individual polyamide product groups. If such a separation does not occur, then considerable difficulties are to be expected from mixed reactions of the various monomer groups, yield losses by by-products and inadequate quality in the resulting monomer. A large part of the polyamide 6 plastic, for example, in the production of fibers and especially in the application for floor coverings. The polyamide 6 is spun into fibers which in carpet factories are spun onto a backing fabric, e.g.
- Polypropylene fleece needled and processed into loop or suede depending on the type of carpet. After needling the yarn withdrawn from spools on the carrier, the Polfasem is fixed by an adhesive layer to which a polymer foam backing is then applied, which is filled with fillers, such as chalk.
- the foam backing fulfills the one purpose of the carpet to give a good impact sound insulation and on the other hand to produce the necessary weight so that it rests plan without gluing on the floor.
- a polyamide 6 fraction obtained by this process is freed by washing of pendant salt freight and dried in a continuous process and fed to the depolymerization via an extruder.
- the depolymerization for example, by the method known from DE 887199, EP 0875504, DE 910056, US 4605762, and JP 53-13636 by means of phosphoric acid, a cleavage of the polymer chains and steam introduced drives the resulting caprolactam as a water vapor mixture.
- a process for the continuous recovery of caprolactam from polycaprolactam waste is known, among other things, a caprolactam-water mixture, which is obtained in the distillation of caprolactam, mixed with fresh water vapor and is fed as an overheated mixture of the depolymerization ,
- a disadvantage of the known processes for the treatment of polyamide 6 wastes, therefore, is that they do not provide high-purity caprolactam which is useful for the production of polyamide 6.
- the object of the present invention is therefore to provide a process for the production of caprolactam from polyamide-containing wastes, which is cost-effective and easy to carry out and with which a high-purity polyamide 6 and polycondensation to a high-grade and a caprolactam produced from industrial unrecognizable product suitable caprolactam can be produced.
- the polyamide-containing material is preferably selected from the group consisting of polyamide-containing moldings, such as parts for vehicles, polyamide-containing injection molded parts with glass fibers and other additives and polyamide-containing fibers, carpets, carpet flooring and other daily articles containing polyamide Life, like clothes.
- the polyamide-containing material which is fed to the depolymerization may also contain non-polymers and extraneous additives.
- the polyamide-containing wastes are preferably first sorted before carrying out the depolymerization, so that they contain predominantly polyamide 6 and the remaining other substances are separated, as described above.
- polyamide-containing wastes are preferably compacted and melted before depolymerization.
- the depolymerization is preferably carried out at a temperature of about 180 to about 300 ° C and pressures of about 0.5 to about 2 bar, as in DE 887199, EP 0 875 504, DE 910056, US 4605762, US 5990306 and JP 53- 13636 described.
- a basic or acidic catalyst such as phosphoric acid.
- the reaction conditions during the depolymerization are preferably adapted to the changing composition of the raw material fed to the process, namely the polyamide-containing waste.
- the steam temperature can be increased, larger amounts of steam can be used, the molar ratio of phosphoric acid to polyamide can be changed and / or the pressure can be increased or decreased.
- distillation After depolymerization, at least one distillation is carried out in the process according to the invention, as also described with reference to FIGS. 1 and 2.
- distillation and “distillation” are used herein generally for distillation, fractional distillation and purification steps, as used in columns, for example in vacuum columns, extraction columns, thickening columns, rectification columns and refraction columns (see FIGS. 1 and 2).
- At least four distillations are carried out, wherein in the first distillation, as in apparatus C01, a concentration of the crude lactam / water mixture takes place.
- the crude caprolactam concentrate passes into a second distillation, such as into the evaporation apparatus C03, where water is driven off and further concentration takes place.
- the addition of alkali neutralizes acidic components.
- the third distillation such as the distillation unit C04, has the task lower than caprolactam to drain boiling constituents with the addition of ammonia-containing nitrogen.
- the crude caprolactam After leaving the third distillation, as in the C04 distillation unit, the crude caprolactam passes into the fourth distillation, such as the C05 distillation unit, where distilled pure caprolactam is removed overhead under reduced pressure.
- the fourth distillation such as the C05 distillation unit
- distilled pure caprolactam is removed overhead under reduced pressure.
- this since this does not yet satisfy the criteria for a high-purity product, it is supplied to the at least one crystallization, such as the fractional crystallization K01 / K02.
- the escaping from the depolymerization in the vapor phase Spaltcaprolactam-water mixture of a first distillation can be supplied in which the escaping and high-energy vapors can be used, resulting from the polyamide 6 granules extraction and still containing monomers and oligomers water to heat and evaporate, the high-energy vapors are condensed and returned as a return to evaporation.
- the vapors from the first caprolactam distillation which still contain caprolactam according to the vapor pressure equilibrium and are only partially condensed, can thus be used.
- the partial condensation in the amount of the required amount of the reflux ratio and the use of the energy content of the remaining Vapors in the depolymerization is advantageous.
- the vapor from the polyamide extraction concentration, as in device C05 can be recycled to the depolymerization.
- the vapors escaping from the extract water evaporation C02 and the crude caprolactam distillation C03 can also advantageously be supplied to a superheater.
- the resulting superheated steam can be fed to the cleavage of the polymer chains of depolymerization.
- the desired product namely high-purity caprolactam
- the desired product is deposited first and, after an analysis, either stored until the production of polyamide or fed to a repeated depolymerization, distillation and / or crystallization, as described below with reference to FIGS. 1 and 2.
- a fractional crystallization-melting process is used at least once.
- the crystallized caprolactam obtained from the at least one crystallization preferably after a first purification step of the fractional crystallization-melting process, to achieve a sufficiently high quality of a synthesized caprolactam, a continuous analysis such as Permanganatiere, UV- Transmission, APHA number, alkalinity and volatile base content is subjected.
- the recycling of this caprolactam in the process according to the invention promotes inter alia the degradation of the polyamide-containing material.
- the entire caprolactam obtained after stage c) is preferably added with a permanganate number of ⁇ 10000 sec. And a UV transmission of ⁇ 85% before and / or during the depolymerization.
- the caprolactam obtained from stage c), the crystallization, depending on its purity, can either be fed back to the depolymerization, the distillation or again to the crystallization.
- caprolactam whose quality features APHA> 5, UV transmission ⁇ 80, Permanganatiere ⁇ 5000 sec, alkalinity> 1mmol / kg, volatile bases> 1 mmol / kg, advantageously reduced to the depolymerization, caprolactam with values APHA> 3, UV Transmission ⁇ 82%, Permanganatiere ⁇ 8000 sec, alkalinity ⁇ 0.5 mmol / kg, volatile bases ⁇ 0.5 mmol / kg is advantageously one of the distillation stages and caprolactam with APHA ⁇ 4, UV transmission ⁇ 85%, Permanganatiere ⁇ 10000 sec, alkalinity ⁇ 0.5 mmol / kg, volatile bases ⁇ 0.5 mmol / kg is preferably fed to the crystallization.
- secondary constituents and additives of the polyamide-containing material used such as SBR foam backing, chalk, soot and fabric residues, after depolymerization continuously and by analysis and monitoring of the Spaltklare- and nitrogen content of the current of the additives Contains controlled and regulated depending on the nitrogen content and catalyst content, such as phosphoric acid drapeschleusen.
- the phosphoric acid content in the discharge between 0.1 mass% and 50 mass%, particularly advantageously between 1 mass% and 25 mass%.
- the content of nitrogen is advantageously between 0.1 mass% and 10 mass%, particularly advantageously between 1 mass% and 5 mass%.
- the analysis and monitoring of the cracking acid and nitrogen content of the stream containing the aggregates and secondary constituents and leaving the depolymerization is advantageously carried out continuously, since the composition of the raw material fed to the process, namely the polyamide-containing waste, is constantly changing,
- the crude caprolactam concentrate from a first distillation is analyzed by continuous analysis for its quality characteristics such as permanganate number, UV transmission, APHA number, alkalinity and volatile base content.
- the crude caprolactam preferably has the following minimum properties: APHA> 4, UV transmission ⁇ 82, permanganate number ⁇ 8000 sec, alkalinity> 0.5 mmol / kg, volatile bases> 0.5 mmol / kg. If the values do not correspond to the analyzes of a industrially synthesized and desired caprolactam, it is advantageous that the operating conditions in C01-C05, R02 and K01, K02 and the quality features such as Permanganatiere, UV transmission, APHA number, alkalinity and Volatile base content are fed to a memory, determined by neural network software correlations of operating conditions and quality characteristics and these are used to control and regulate the distillation (evaporation) in the most economical area.
- the additives and / or oxidants may be added at least once to the caprolactam obtained after the first and before the last distillation.
- the additives and / or oxidants are added after the first distillation.
- the Rohcaprolactamkonzentrat from the distillation (evaporation C01) to improve the quality characteristics such as Permanganatiere, UV transmission, APHA number, alkalinity and volatile base content by at least one separator before and after the distillation for treatment with additives and / or
- the addition of additives and / or oxidants to Rohcaprolactamkonzentrat in a refining step due to the non-uniform raw material addition of the input product, namely the polyamide-containing waste, monitored by continuous analysis and the amount supplied is controlled.
- the dosage of an oxidizing agent, such as an aqueous potassium permanganate solution is a function of the UV transmission and the APHA number and should be designed so that more permanganate is added when the color gets worse.
- UV transmission falls below the value of 85%, for example, the feed of an adsorbent such as activated carbon, below a limit of 66%, the addition of another aid such as diatom earth occurs.
- a fixed-bed filtration of the caprolactam obtained can be carried out. If more than one distillation is carried out in stage b), a fixed-bed filtration can be carried out after at least one distillation. In this case, the fixed-bed filtration is particularly preferably carried out after the first distillation. If added to the caprolactam after or during stage b) additives and / or oxidants, a fixed-bed filtration before and / or after their addition can be performed.
- the vapors from a first or second distillation can only partially and condensed in the amount be ensured so that the return amount is ensured, and the remaining non-condensed and hot vapors can be used after overheating as cracking steam during depolymerization.
- the at least one distillation evaporation
- feed nitrogen with an ammonia concentration of advantageously 100 ppm to 5%, particularly advantageously 250 ppm to 3%.
- ammonia concentration of advantageously 100 ppm to 5%, particularly advantageously 250 ppm to 3%.
- a distillation in particular a fourth distillation (Caprolactamrekt Scheme C05), low-molecular-weight oligomers which can be cleaved to caprolactam with economic advantage and have an advantageous effect on the yield, the melt for refining or the depolymerization are supplied.
- liquid stream discharged from the depolymerization can be mixed with the residues from a refining reactor, such as R02, and neutralized with inorganic salts, excess phosphoric acid, foreign polymers and oligomers which can no longer be split into caprolactam, and fed to a neutralization, as described in US Pat Figs. 1 and 2 described below.
- the residue from the neutralization which still contains organic constituents, can then be sent for thermal utilization.
- the inventive method has the advantage that no waste stream leaves the plant containing a caprolactam-water mixture.
- the stream 33 described in FIG. 1 contains molten polyamide / phosphoric acid / chalk / aggregates but no caprolactam. All caprolactam-containing streams can be recycled internally and reprocessed.
- FIGs. 1 and 2 show schematically an apparatus for carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention.
- Figs. 1 and 2 meant: equipment A01 gravity A02 Fixed-bed filters A03 filter A04 Fixed-bed filters C01 Aufkonzentri mecanics driving C02 Eindampf with C03 Destillationseinrirhtung C04 distillation device C05 distillation device E01 reflow K01 crystallizer K02 crystallizer R01 Depolymerisationreaktor R02 Refining reactor R03 Neutralization stage W01 cooler W02 Evaporator W03 Evaporator W04 superheater V01 / S01 Analyzes of controlled distributors material flows 1 Polyamide 6 waste 2 melt 3 Auschleusung depolymerization 4 Steam Poyalmide 6 extraction / concentration 5 phosphoric acid 6 Crude caprolactam / water 7 steam 8th condensate 9 Crude caprolactam concentrate 10 Crude caprolactam concentrate 11 oils 12 Crude caprolactam concentrate 13 filtered crude caprolactam concentrate 14 additives 15 Additives + crude caprolactam concentrate 16 deposited additive 17 Crude caprolactam concentrate 18 filtered
- the production of the high-purity and polycondensation of polyamide 6 products of the very best color and product quality, which is free of property or use-reducing by-products, is characterized in that the polyamide 6 recovered by mechanical processes shows waste as shown in Figure 1, via the feed 1 to a melt-down extruder E01 be supplied. In this extruder, the polyamide 6 wastes are compacted and melted under mild thermal and mechanical conditions.
- residue 25 which originates from the vacuum column C05 and which contains not only short-chain polymers, color carriers and products from side reactions still usable amounts of caprolactam, not disposal, either by thermal utilization or other methods, is supplied but recycled as a valuable raw material to increase the yield to the incoming contaminated material and combined with this is added to the going into the depolymerization stream 2.
- the feed of the residue 25 from the vacuum column C05 can be carried out directly downstream of a melt-down extruder E01 into the feed line 2 or into the depolymerization reactor R01. This procedure has proved to be particularly advantageous when the melting of the polyamide waste takes place under vacuum.
- the polyamide melt leaving the melting apparatus E01 is fed continuously via the feed line 2 to the depolymerization reactor R01, in which by the known process according to DE 887199, EP 0875504, DE 910056, US 4605762, JP 53-13636 at temperatures between 180 ° C. and 300 ° C. , Pressing 0.5 bar and 2 bar of phosphoric acid 5 and steam 4 is fed, whereby a splitting of the polymer chains into oligomers and monomers takes place.
- Brandrup / Bittner / Michaeli / Kunststoff- Kunststoff Kunststoff Vienna 1995 to Caprolactam is re-formed, which leaves the reactor R01 via the vapor line 6 together with the steam and other volatile constituents.
- Analyzing and controlling the mass to be rejected by analyzes and online measurements of the phosphoric acid content in electricity has proven to be particularly advantageous with regard to the economic operation of such a system, since on the one hand the consumption of phosphoric acid and on the other hand the consumption of alkali to neutralize the residue 3 in reactor R03 could be minimized. Furthermore, by measuring and monitoring the nitrogen content in the stream 3 to be discharged, it was possible to advantageously increase the polymer chain scission and thus the yield of caprolactam compared to a non-nitrogen monitored mode of operation in the range from 5% to 25%. The above-described has proved to be extremely beneficial in the operation of a operated with polyamide 6 wastes caprolactam treatment plant. In contrast to a caprolactam production from pure raw materials in which there is no disruption of the continuous operation due to fluctuating composition of the incoming product stream, the product quality fluctuations resulting from the changing composition of the input material can be compensated and compensated.
- the caprolactam-water mixture which has passed into the column C01 is concentrated by fractional distillation, and it has proved to be advantageous that by selecting the column internals, the reflux ratio in the range from 1:10 to 10: 1, particularly advantageously from 1: 2 to 1: 4, a temperature in the range of 150 ° C to 300 ° C and 0.1 bar to 1 bar to minimize the remaining in the caprolactam by-products from the Störstoffismeengept. It has been found advantageous in view of the purity of the caprolactam to monitor these minor constituents continuously and by analysis and online measurements and to control the operating conditions such as temperature, pressure and reflux ratio in such a way that the best possible removal of the by-products is achieved. Among other things, this goal is achieved by setting various parameters over an operating period of 1000 hours and passing the values measured online to a microcomputer for evaluation with a neural network program.
- the product 9 leaving the column C01 still contains substances dispersed in the aqueous phase. It has proven to be advantageous, for achieving a crude caprolactam with good product properties, to incorporate a separator A01 in the line 10, in which the liquid, sometimes oily admixtures dispersed in the aqueous phase are separated off and used as material stream 11 for further utilization, such as, for example. Combustion be supplied. Furthermore, it was found in the course of plant operation that a passing of the Rohcaprolactamstromes 12 by a fixed-bed filter A02 has an advantageous effect on the color purity.
- additives and oxidizing agents 14 known from commercial caprolactam production from pure raw materials, for example potassium permanganate
- the product properties of the caprolactam solution vary due to the sometimes extremely changing composition of the incoming polyamide.
- the Measurement results of the quality control which take place for example by FTIR, refractometer, UV spectrometer, used on the column C01, the additive type and Additivzugabemasse to dose so that the least necessary chemicals consumption results in the best possible Rohcaprolactamteil.
- the product 17 passes again through a fixed bed replaceable filter A04, which has an advantageous effect on the color purity.
- the feed of the stream 18 to an intermediate separation stage of a rectification column C03.
- the concentrate 21 leaving the bottom of the column C03 is introduced into the middle part of a further refraction column C04, where, under pressures in the range from 0.5 mbar to 50 mbar and temperatures in the range from 115 ° C. to 200 ° C., reflux ratio in the range from 1 : 10 to 2: 1 heavier than water boiling components are separated.
- a nitrogen stream 23 is supplied, which may include both 100 ppm to 5% ammonia. It has in the operation of a carpet recycling plant as beneficial for achieving a low acid content and good color purity in the Stream 24 proved to stripping in the rectification with ammonia-containing nitrogen.
- step C05 a further rectification column in which an anhydrous caprolactam melt is fed into the middle section under the conditions known to those skilled in the art at reduced pressure in the range of 0.5 mbar to 50 mbar and temperatures in the range of 115 ° C to 200 ° C, Reflux ratio in the range of 1:10 to 2: 1 caprolactam distilled.
- the caprolactam vapor 26 is partially precipitated by cooling in the purification stage K01. According to the phase equilibrium, the first precipitated solid has a higher degree of purity than the remaining liquid residual melt.
- This type of caprolactam purification in K01 and K02 is characterized by its two-step nature, following the familiar zone and meltdown technologies. It has proven to be advantageous to carry out this crystallization in a tube falling film apparatus as it is known, inter alia, from the company. Sulzer.
- the fusion process following the known fractional crystallization on the precipitation of crystals on a wall yields a first product which is fed via the line 27 to the crystallization stage K02. Associated with this level is the analyzer S01.
- This analyzer S01er it has been found advantageous in the course of operation, the task to check the product melted down on its optical properties and depending on the quality of the melt this via the valve V01 either the depolymerization reactor R01, the column C04 or C05 to allocate or with appropriate purity a second time the crystallization K01 zuzu meetings.
- the sequence of the fractional crystallization and melting process is determined by the melting temperature of the caprolactam crystals. High-purity caprolactam has the highest melting point and is first deposited on the walls of the apparatus, the subsequent crystal layers are easily contaminated with mother liquor and crystallize later. The most polluted layers are outside.
- the flow of mother liquor is stopped by the crystallizer and there is the switch from cooling to heating. Since the contaminated crystals first melt, they drip off, are collected and fed to the second stage K02. After, for example, reaching a temperature of 2 ° C. below the melting point of pure caprolactam in K01, the outflow to K02 is stopped, the heating rate is increased and the pure caprolactam is melted off. This process known from K01 is repeated again in K02, with the difference that the crystals melting off at the beginning are brought back into the crystallization K01, depending on the temperature, into other apparatuses and the main product of crystallization K02.
- the product which is more heavily soiled at the beginning of the melting operation is fed to the depolymerization reactor R01, the intermediate product of the column C03 and the last product of the column C04 or the purification stage K01.
- the analysis results and a microprocessor-controlled evaluation and control system decide on the quantities.
- the melting of the remaining pure crystals 25 which is stored or buffered for the removal by a polycondensation plant.
- This buffer is advantageous and according to the invention also provided with an analysis device, as used for the division of the pre-melt product 21. She serves the Monitoring the acid number and color purity and regulates the release of the product for further processing in a polycondensation plant. If, for example, the purity is no longer achieved due to storage for too long, this analyzer controls a return of all or only part of the contents to purification stage K01 / K02.
- the resulting in the depolymerization R01 liquid stream 3 contains inorganic salts, excess phosphoric acid, foreign polymers and oligomers, which can not be cleaved to caprolactam. Since the product contains more acid than a neutral mixture by operation, it is combined with the residues 12 from the reactor R02 mixed and fed to a neutralization step R03. Here, the addition of so much base that a neutral salt 33 is formed, which is supplied due to its residual organic content of a thermal recovery.
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von hochreinem und für die Polykondensation von Polyamid 6 (Polycaprolactam) geeignetem Caprolactam aus Polyamidabfällen.The present invention relates to a continuous and economical process for the preparation of highly pure polyamide waste caprolactam suitable for the polycondensation of polyamide 6 (polycaprolactam).
Bei sauberen, unkonfektionierten, fabrikneuen Polyamiden ist eine werkstoffliche Aufbereitung zu Produkten mit Qualitätsmerkmalen, wie sie Neuware aufweist, problemlos möglich. Sind dagegen Gebrauchsartikel, die schon jahrelang benutzt wurden oder Produkte aus einer Kunststoffsammlung wiederzuverwenden, lässt sich dies nur mit hohem technischen, energetischen und kostenmäßigem Aufwand durchführen.For clean, unassembled, brand new polyamides, a material preparation for products with quality features as they are new, is easily possible. If, however, consumer goods that have been used for years or reuse products from a plastic collection, this can only be done with high technical, energetic and kostenmäßig cost.
Dabei sind Reinigungs- und Sortiervorgänge notwendig um sortenreines Gut zu erhalten, da Kunststoffprodukte immer dem Einsatzgebiet angepasst werden und enthalten daher hersteller- und herstellungsbedingt Zuschlagsstoffe, Farbmittel, Stabilisatoren, Glasfasem, etc., die eine Aufbereitung erschweren. Daher führt bei einer wirtschaftlichen Wiederverwendung von Polyamidabfällen kein Weg an der Zerlegung in die Monomere vorbei, soll ein Produkt erzeugt werden, das sich von Ware, die aus Monomeren der Syntheseroute hergestellt wurde, nicht unterscheidet.This cleaning and sorting operations are necessary to obtain pure material, since plastic products are always adapted to the application and therefore contain manufacturers and manufacturing due additives, colorants, stabilizers, Glasfasem, etc., which complicate a preparation. Therefore, with an economic reuse of polyamide waste, there is no way to disassemble the monomers to produce a product that is indistinguishable from articles made from monomers in the synthetic route.
Caprolactam ist das Monomer das benutzt wird, um Polyamid 6 herzustellen, aus dem dann Teile für Fahrzeuge und Spritzgussteile mit Glasfasern und anderen Zuschlägen hergestellt werden sowie Fasern für Garne gesponnen werden, aus denen wiederum Teppiche, Teppichbodenbeläge oder andere Gegenstände des täglichen Lebens gefertigt werden.Caprolactam is the monomer used to make
Ein großer Teil dieses Materials wird nach dem bestimmungsgemäßen Gebrauch in den Kunststoffkreislauf zugeführt und geht über das Kunststoffrecycling zur Wiederverwertung. Da die Polyamid 6 Produkte meist nicht das einzige Material sind, das amidische Gruppen enthält, sondern auch noch Polyamide zugegen sind, die aus unterschiedlichen Disäuren und Diaminen bestehen, muss eine Kennung und Sortierung in die einzelnen Polyamid-Produktgruppen erfolgen. Erfolgt eine solche Trennung nicht, dann ist mit erheblichen Schwierigkeiten durch Mischreaktionen der verschiedenen Monomergruppen, Ausbeuteverlusten durch Nebenprodukte und ungenügender Qualität bei dem erhaltenen Monomer zu rechnen. Ein Grossteil des Polyamid 6 Kunststoffes geht beispielsweise in die Herstellung von Fasern und hier speziell in die Anwendung für Bodenbeläge. Das Polyamid 6 wird zu Fasern versponnen, die in Teppichfabriken auf ein Trägergewebe, z.B. Polypropylenvlies, genadelt und je nach Teppichart zu Schlingen- oder Veloursware verarbeitet werden. Nach der Nadelung des von Spulen abgezogenen Garnes auf dem Träger erfolgt eine Fixierung der Polfasem durch eine Klebeschicht auf die anschließend ein Polymerschaumrücken aufgetragen wird, der mit Füllstoffen, wie Kreide, gefüllt ist. Der Schaumrücken erfüllt zum einen den Zweck, dem Teppich eine gute Trittschalldämmung zu verleihen und zum anderen das notwendige Gewicht zu erzeugen damit er plan ohne Verklebung auf dem Boden aufliegt.A large part of this material is supplied to the intended use in the plastic circuit and goes through the recycling of plastic for recycling. Since the
Die Aufbereitung von Polyamid 6 Abfällen nach ihrem bestimmungsgemäßen Gebrauch wurde in verschiedenen Patenten, wie beispielsweise DE 19719734, EP 0681896, US 5598980, DE 2416573, und DE 2507744 beschrieben, und umfasst die Erkennung und Sortierung von Nichtpolyamid 6―Ware, deren Zerkleinerung und die Abscheidung von Schmutz- und Fremdstoffbeigaben. US 5656757 beschreibt ein Verfahren, in dem ein Destillationsrückstand in den Depolymerisator zurückgeführt wird. In JP 2000 03877 wird Caprolactam nach der Depolymerisationsstufe zurückgeführt. In IN 142150 wird die Mutterlauge der Kristallisation in die Destillation rückgeführt. Für die Trennung von einzelnen Komponenten, wie sie beispielsweise bei der Zerkleinerung von Teppichen in Form von Schaumrücken, Polfaser und Träger anfallen, werden bevorzugt mehrstufige Schwimm-/Sinkverfahren benutzt, in deren Folge mittels Zentrifugen und Salzlösungen unterschiedlicher Dichte ein Aufschwimmen der leichterenThe treatment of
Fraktion, wie Polypropylengewebe, und ein Absinken von schwererem gefülltem Teppichrücken bewirkt wird. Eine nach diesem Verfahren gewonnene Polyamid 6 Fraktion wird durch Waschen von anhängender Salzfracht befreit und in einem kontinuierlichen Verfahren getrocknet und über einen Extruder der Depolymerisation zugeführt. In der Depolymerisation erfolgt beispielsweise nach den aus DE 887199, EP 0875504, DE 910056, US 4605762, und JP 53-13636 bekannten Verfahren mittels Phosphorsäure eine Spaltung der Polymerketten und eingeleiteter Dampf treibt das entstandene Caprolactam als Wasserdampfgemisch ab.Fraction, such as polypropylene fabric, and a sinking of heavier filled carpet backing is effected. A
Weiterhin ist aus US 5990306 ein Verfahren zur Herstellung von gereinigtem Caprolactam aus einem Polyamid-haltigen Teppich bekannt, bei dem nach der Depolymerisation das Caprolactam destilliert und kristallisiert wird.Furthermore, from US 5990306 a process for the preparation of purified caprolactam from a polyamide-containing carpet is known in which after the depolymerization, the caprolactam is distilled and crystallized.
Außerdem ist aus US 4107160 ein Verfahren zur kontinuierlichen Rückgewinnung von Caprolactam aus Polycaprolactam-Abfällen bekannt, wobei unter anderem ein Caprolactam-Wasser-Gemisch, das bei der Destillation des Caprolactams erhalten wird, mit frischem Wasserdampf gemischt wird und als überhitztes Gemisch der Depolymerisation zugeführt wird.In addition, from US 4107160 a process for the continuous recovery of caprolactam from polycaprolactam waste is known, among other things, a caprolactam-water mixture, which is obtained in the distillation of caprolactam, mixed with fresh water vapor and is fed as an overheated mixture of the depolymerization ,
Die Gewinnung von hochreinem Caprolactam aus Polyamid 6 Abfällen, wie sie beispielsweise aus gebrauchten Teppichen oder den anderen oben erwähnten Produkten erfolgt, unterliegt ständigen Schwankungen der Zusammensetzung des Eingangsstoffstromes. So sind einerseits die Nebenbestandteile eines Teppichs wie Schaumrücken oder Trägergewebe je nach Hersteller verschieden und andererseits das Polyamid 6 unterschiedlich mit Additiven, Farbstoffen, etc. versetzt. Es herrscht daher eine nicht einheitliche und kontinuierliche Rohstoffversorgung vor. Aus einem Material mit solch mitunter extrem schwankenden Eingangsprodukten ein hochreines Produkt herzustellen, das die Qualitätsanforderungen des synthetisiertem Caprolactam erfüllt oder übertrifft, ist großtechnisch nicht erreicht worden.The recovery of high purity caprolactam from
Nachteilig an den bekannten Verfahren zur Aufbereitung von Polyamid 6 Abfällen ist es daher, dass diese kein hochreines Caprolactam, das zur Herstellung von Polyamid 6 verwendbar ist, liefern.A disadvantage of the known processes for the treatment of
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Caprolactam aus Polyamid-haltigen Abfällen zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig und einfach durchzuführen ist und mit dem ein hochreines und zur Polykondensation zu einem hochwertigen und von einem aus industriellem Caprolactam hergestellten Polyamid 6 nicht zu unterscheidendem Produkt geeignetes Caprolactam herstellbar ist.The object of the present invention is therefore to provide a process for the production of caprolactam from polyamide-containing wastes, which is cost-effective and easy to carry out and with which a high-
Die Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung von Caprolactam aus Polyamid-haltigen Abfällen, umfassend die Schritte
- a) Depolymerisieren der Polyamid-haltigen Abfälle, wodurch ein Caprolactam-Rohmaterial und gegebenenfalls ein Nebenbestandteile bzw. Zuschlagsstoffe enthaltender Strom erhalten wird,
- b) wenigstens einmaliges Destillieren des Caprolactam-Rohmaterials, und
- c) wenigstens einmaliges Kristallisieren des in Stufe b) erhaltenen Caprolactam-Materials, wodurch Caprolactam erhalten wird,
wobei wenigstens ein Teil des in Stufe c) erhaltenen Caprolactams mit einer Permanganatzahl von < 10000 sec. und einer UV-Transmission von < 85 % den Polyamid-haltigen Abfällen vor und/oder während der Depolymerisation zugesetzt wird.The solution to the problem is a process for the production of caprolactam from polyamide-containing wastes comprising the steps
- a) depolymerizing the polyamide-containing wastes, thereby obtaining a caprolactam raw material and optionally a stream containing minor constituents or additives,
- b) at least one distillation of the caprolactam raw material, and
- c) at least one crystallization of the caprolactam material obtained in step b), whereby caprolactam is obtained,
wherein at least a portion of the caprolactam obtained in step c) having a permanganate number of <10000 sec. and a UV transmission of <85% is added to the polyamide-containing wastes before and / or during the depolymerization.
Insbesondere bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchgeführt.With particular preference the process according to the invention is carried out continuously.
Das Polyamid-haltige Material ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyamid-haltigen Formkörpern, wie Teilen für Fahrzeuge, Polyamid-haltigen Spritzgussteilen mit Glasfasern und anderen Zuschlägen sowie Polyamid-haltigen Fasern, Teppichen, Teppichbodenbelägen und anderen Polyamid-haltigen Gegenständen des täglichen Lebens, wie Kleidung. Das Polyamid-haltige Material, das der Depolymerisation zugeführt wird, kann außerdem Nichtpolymere und artfremde Zuschlagsstoffe enthalten.The polyamide-containing material is preferably selected from the group consisting of polyamide-containing moldings, such as parts for vehicles, polyamide-containing injection molded parts with glass fibers and other additives and polyamide-containing fibers, carpets, carpet flooring and other daily articles containing polyamide Life, like clothes. The polyamide-containing material which is fed to the depolymerization, may also contain non-polymers and extraneous additives.
Die Polyamid-haltigen Abfälle werden vor dem Durchführen der Depolymerisation vorzugsweise zunächst sortiert, so dass diese überwiegend Polyamid 6 enthalten und die übrigen anderen Stoffe abgetrennt werden, wie vorstehend beschrieben.The polyamide-containing wastes are preferably first sorted before carrying out the depolymerization, so that they contain predominantly
Außerdem werden die Polyamid-haltigen Abfälle vorzugsweise vor dem Depolymerisieren verdichtet und aufgeschmolzen.In addition, the polyamide-containing wastes are preferably compacted and melted before depolymerization.
Die Depolymerisation wird vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 180 bis etwa 300 °C und Drücken von etwa 0,5 bis etwa 2 bar durchgeführt, wie in DE 887199, EP 0 875 504, DE 910056, US 4605762, US 5990306 und JP 53-13636 beschrieben. Außerdem wird bevorzugt ein basischer oder saurer Katalysator, wie Phosphorsäure, zugesetzt. Die Reaktionsbedingungen während der Depolymerisation werden bevorzugt der sich wandelnden Zusammensetzung des dem Verfahren zugeführten Rohstoffes, nämlich des Polyamid-haltigen Abfalls, angepasst. So kann die Dampftemperatur erhöht, größere Dampfmengen verwendet, das Molverhältnis von Phosphorsäure zu Polyamid verändert und/oder der Druck erhöht oder emiedrigt werden.The depolymerization is preferably carried out at a temperature of about 180 to about 300 ° C and pressures of about 0.5 to about 2 bar, as in DE 887199, EP 0 875 504, DE 910056, US 4605762, US 5990306 and JP 53- 13636 described. In addition, it is preferable to add a basic or acidic catalyst such as phosphoric acid. The reaction conditions during the depolymerization are preferably adapted to the changing composition of the raw material fed to the process, namely the polyamide-containing waste. Thus, the steam temperature can be increased, larger amounts of steam can be used, the molar ratio of phosphoric acid to polyamide can be changed and / or the pressure can be increased or decreased.
Nach dem Depolymerisieren wird im erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens eine Destillation durchgeführt, wie auch anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Die Begriffe "Destillieren" und "Destillation" werden hier allgemein verwendet für Destillieren, fraktioniertes Destillieren und Reinigungsschritte, wie sie in Kolonnen bzw. Einrichtungen, beispielsweise in Vakkumkolonnen, Extraktionskolonnen, Eindickungskolonnen, Rektifikationskolonnen und Refraktionskolonnen (siehe Fig. 1 und 2), durchgeführt werden.After depolymerization, at least one distillation is carried out in the process according to the invention, as also described with reference to FIGS. 1 and 2. The terms "distillation" and "distillation" are used herein generally for distillation, fractional distillation and purification steps, as used in columns, for example in vacuum columns, extraction columns, thickening columns, rectification columns and refraction columns (see FIGS. 1 and 2).
Es werden vorzugsweise wenigstens vier Destillationen durchgeführt, wobei bei der ersten Destillation, wie in Apparatur C01, eine Aufkonzentration des Rohlactam/Wasser Gemisches stattfindet. Nach Durchlaufen mehrerer Abscheide- und Raffinationsstufen gelangt das Rohcaprolactam Konzentrat in eine zweite Destillation, wie in die Eindampfeinrichtung C03, wo Wasser abgetrieben wird und eine weitere Aufkonzentrierung stattfindet. Hier erfolgt durch Zugabe von Lauge eine Neutralisation acider Anteile. Die dritte Destillation, wie die Destillationseinrichtung C04, hat die Aufgabe niedriger als Caprolactam siedende Bestandteile unter Zugabe von ammoniakhaltigem Stickstoff abzustrippen. Nach Verlassen der dritten Destillation, wie in der Destillationseinrichtung C04, gelangt das Rohcaprolactam in die vierte Destillation, wie in die Destillationseinrichtung C05, wo unter reduziertem Druck ein destilliertes reines Caprolactam über Kopf abgezogen wird. Da dies jedoch noch nicht den Kriterien für ein hochreines Produkt genügt, wird es der wenigstens einen Kristallisation, wie der fraktionierten Kristallisation K01/K02, zugeführt.Preferably, at least four distillations are carried out, wherein in the first distillation, as in apparatus C01, a concentration of the crude lactam / water mixture takes place. After passing through several separation and refining stages, the crude caprolactam concentrate passes into a second distillation, such as into the evaporation apparatus C03, where water is driven off and further concentration takes place. Here, the addition of alkali neutralizes acidic components. The third distillation, such as the distillation unit C04, has the task lower than caprolactam to drain boiling constituents with the addition of ammonia-containing nitrogen. After leaving the third distillation, as in the C04 distillation unit, the crude caprolactam passes into the fourth distillation, such as the C05 distillation unit, where distilled pure caprolactam is removed overhead under reduced pressure. However, since this does not yet satisfy the criteria for a high-purity product, it is supplied to the at least one crystallization, such as the fractional crystallization K01 / K02.
Außerdem kann das aus der Depolymerisation in der Dampfphase entweichende Spaltcaprolactam-Wasser-Gemisch einer ersten Destillation (Eindampfung) zugeführt werden, bei der die entweichenden und energiereichen Brüden benutzt werden können, das aus der Polyamid 6 Granulat Extraktion anfallende und noch Monomere und Oligomere enthaltende Wasser zu erhitzen und zu verdampfen, wobei die energiereichen Brüden kondensiert und ais Rücklauf zur Eindampfung zurückgeführt werden. Die Brüden aus der ersten Caprolactamdestillation, die noch Caprolactam gemäss dem Dampfdruckgleichgewicht enthalten und nur teilweise kondensiert werden, können so genutzt werden. Die Teilkondensation in Höhe der notwendigen Menge des Rücklaufverhältnisses und die Nutzung des Energieinhaltes der restlichen Brüden in der Depolymerisation ist vorteilhaft. Außerdem kann der Dampf aus der Polyamid-Extraktion-Konzentration, wie in Einrichtung C05, in die Depolymerisation zurückgeführt.In addition, the escaping from the depolymerization in the vapor phase Spaltcaprolactam-water mixture of a first distillation (evaporation) can be supplied in which the escaping and high-energy vapors can be used, resulting from the
Die aus der Extraktwassereindampfung C02 und der Rohcaprolactamdestillation C03 entweichenden Brüden können außerdem vorteilhaft einem Überhitzer zugeführt werden. Der dabei entstehende überhitzte Dampf kann zur Spaltung der Polymerketten der Depolymerisation zugeführt werden.The vapors escaping from the extract water evaporation C02 and the crude caprolactam distillation C03 can also advantageously be supplied to a superheater. The resulting superheated steam can be fed to the cleavage of the polymer chains of depolymerization.
Insbesondere hat es sich als wirtschaftlich vorteilhaft erwiesen, einen Destillationsrückstand vor und/oder in die Depolymerisation rückzuführen, der aus einer im Herstellungsverfahren des Caprolactams aus Polyamid-haltigen Abfällen der Depolymerisation nachgeschalteten (Vakuumkolonne) Destillationseinrichtung zur Reinigung des Caprolactams stammt und der neben kurzkettigen Polymeren, Farbträgern und Produkten aus Nebenreaktionen noch verwertbare Mengen an Caprolactam enthält, wie nachstehend auch anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben.In particular, it has proved to be economically advantageous to recycle a distillation residue before and / or into the depolymerization, which originates from a (vacuum column) distillation apparatus for purifying the caprolactam which is connected downstream in the production process of the caprolactam from polyamide-containing waste of the depolymerization and which, in addition to short-chain polymers, Colorants and products from side reactions still usable amounts of caprolactam, as described below with reference to FIGS. 1 and 2.
Dieses Vorgehen hat sich dann als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Depolymerisation ein Aufschmelzen des Polyamid-haligen Materials voraus geht und das Aufschmelzen der Polyamid-haltigen Abfälle unter Vakuum stattfindet. Eine weiteres Verfahren hat sich dann im Hinblick auf den Polymerabbau und den Energieverbrauch als gegenüber dem vorhergehend beschriebenen als wirtschaftlich stärker vorteilhaft bewährt, wenn die Zuführung eines Rückstandes aus einer Vakuumkolonne (Destillatioriseinrichtung zur Reinigung des Caprolactams) während des Aufschmelzens so an einer Steile in einen Extruder zum Aufschmeizen erfolgt, dass die ins Vakuum gehenden Brüden nicht belastet werden. Dies kann beispielsweise in der Verdichtungszone erfolgen. Der eingespeiste Rückstand aus der Vakuumkolonne setzt zum einen die Schmelzeviskosität herunter, fördert zum anderen den Abbau der Polymerketten und erleichtert so den Transport durch den Extruder bei niedrigerer Antriebskraft.This procedure has proven to be particularly advantageous if the depolymerization is preceded by melting of the polyamide-containing material and the melting of the polyamide-containing waste takes place under vacuum. Another method has then proven to be economically more advantageous in terms of polymer degradation and energy consumption over that previously described when feeding a residue from a vacuum column (distillator means for caprolactam purification) during reflow to a location in an extruder For melting, the vapors going into vacuum are not polluted. This can be done for example in the compression zone. The fed residue from the vacuum column on the one hand down the melt viscosity, on the other hand promotes the degradation of the polymer chains and thus facilitates the transport through the extruder at lower driving force.
Vorzugsweise werden im erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens zwei Kristallisationsschritte durchgeführt, wobei beide Schritte bevorzugt fraktioniert durchgeführt werden. Dabei scheidet sich das gewünschte Produkt, nämlich hochreines Caprolactam, zuerst ab wird und nach einer Analyse entweder bis zur Herstellung von Polyamid daraus gelagert oder einer nochmaligen Depolymerisation, Destillation und/oder Kristallisation zugeführt, wie nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben.Preferably, at least two crystallization steps are carried out in the process according to the invention, wherein both steps are preferably carried out fractionally. In this case, the desired product, namely high-purity caprolactam, is deposited first and, after an analysis, either stored until the production of polyamide or fed to a repeated depolymerization, distillation and / or crystallization, as described below with reference to FIGS. 1 and 2.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens einmal ein fraktioniertes Kristallisations-Schmelzverfahren angewendet.In the process according to the invention, a fractional crystallization-melting process is used at least once.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass das kristallisiertes Caprolactam, das aus der mindestens einen Kristallisation erhalten wird, vorzugsweise nach einer ersten Reinigungsstufe des fraktionierten Kristallisations-Schmelzverfahrens, zur Erreichung einer, einem synthetisierten Caprolactam mindestens gleichwertiger Qualität genügend, einer kontinuierlichen Analyse wie Permanganatzahl, UV-Transmission, APHA-Zahl, Alkalität und flüchtigen Basengehalt unterzogen wird.It is furthermore advantageous that the crystallized caprolactam obtained from the at least one crystallization, preferably after a first purification step of the fractional crystallization-melting process, to achieve a sufficiently high quality of a synthesized caprolactam, a continuous analysis such as Permanganatzahl, UV- Transmission, APHA number, alkalinity and volatile base content is subjected.
Das nach Stufe c) erhaltene Caprolactam mit einer Permanganatzahl von < 10000 sec. und einer UV-Transmission von < 85 % (auch als rückgeführtes Caprolactam bezeichnet), bevorzugt mit einer Permanganatzahl von < 8000 sec. und einer UV-Transmission von < 82 %, das dem Polyamid-haltigen Material vor und/oder während der Depolymerisation zugesetzt wird, ist ein Caprolactam, das den Kriterien für ein hochreines und zur Produktion von Polyamid 6 Polykondensaten bester Qualität geeignetem Produkt nicht genügt. Die Rückführung dieses Caprolactams im erfindungsgemäßen Verfahren fördert unter anderem den Abbau des Polyamid-haltigen Materials.The caprolactam obtained after stage c) with a permanganate number of <10000 sec. And a UV transmission of <85% (also referred to as recycled caprolactam), preferably with a permanganate number of <8000 sec. And a UV transmission of <82%. added to the polyamide-containing material before and / or during depolymerization is a caprolactam which does not meet the criteria for a high purity product suitable for the production of
Bevorzugt wird das gesamte nach Stufe c) erhaltene Caprolactam mit einer Permanganatzahl von < 10000 sec. und einer UV-Transmission von < 85 % vor und/oder während der Depolymerisation zugesetzt.The entire caprolactam obtained after stage c) is preferably added with a permanganate number of <10000 sec. And a UV transmission of <85% before and / or during the depolymerization.
Zusätzlich bevorzugt kann wenigstens ein Teil des in Stufe c) erhaltenen Caprolactams mit einer Permanganatzahl von < 10000 sec. und einer UV-Transmission von < 85 %, vorzugsweise einer Permanganatzahl < 8000 sec. und einer UV-Transmission von < 82 %, in Stufe b) zugesetzt werden.In addition, at least a portion of the caprolactam obtained in stage c) with a permanganate number of <10000 sec. And a UV transmission of <85%, preferably a permanganate number <8000 sec. And a UV transmission of <82%, in stage b) are added.
Insbesondere bevorzugt kann das aus der Stufe c), der Kristallisation, erhaltene Caprolactam in Abhängigkeit von dessen Reinheit entweder wieder der Depolymerisation, der Destillation oder nochmals der Kristallisations zugeführt werden.Particularly preferably, the caprolactam obtained from stage c), the crystallization, depending on its purity, can either be fed back to the depolymerization, the distillation or again to the crystallization.
Insbesondere bevorzugt wird Caprolactam dessen Qualitätsmerkmale APHA >5, UV-Transmission <80, Permanganatzahl <5000 sec, Alkalität >1mmol/kg, flüchtige Basen>1 mmol/kg aufweisen, vorteilhaft in die Depolymerisation zurückgefahren, Caprolactam mit Werten APHA >3, UV-Transmission <82%, Permanganatzahl <8000 sec, Alkalität ≥0,5 mmol/kg, flüchtige Basen ≥0,5 mmol/kg wird vorteilhaft einer der Destillationsstufen und Caprolactam mit APHA ≥4, UV-Transmission ≤85%, Permanganatzahl ≤10000 sec, Alkalität ≤0,5 mmol/kg, flüchtige Basen ≤0,5 mmol/kg wird bevorzugt der Kristallisation zugeführt.Particularly preferred is caprolactam whose quality features APHA> 5, UV transmission <80, Permanganatzahl <5000 sec, alkalinity> 1mmol / kg, volatile bases> 1 mmol / kg, advantageously reduced to the depolymerization, caprolactam with values APHA> 3, UV Transmission <82%, Permanganatzahl <8000 sec, alkalinity ≥0.5 mmol / kg, volatile bases ≥0.5 mmol / kg is advantageously one of the distillation stages and caprolactam with APHA ≥4, UV transmission ≤85%, Permanganatzahl ≤ 10000 sec, alkalinity ≤0.5 mmol / kg, volatile bases ≤0.5 mmol / kg is preferably fed to the crystallization.
Des weiteren ist es bevorzugt beim Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens Nebenbestandteile und Zuschlagsstoffe des eingesetzten Polyamid-haltigen Materials, wie SBR-Schaumrücken, Kreide, Russ und Geweberückstände, nach der Depolymerisation kontinuierlich und durch Analyse und Überwachung des Spaltsäure- und Stickstoffgehaltes des Stromes der die Zuschlagsstoffe enthält kontrolliert und geregelt in Abhängigkeit vom Stickstoffgehalt und Katalysatorgehalt, beispielsweise Phosphorsäure, auszuschleusen.Furthermore, it is preferred in carrying out the process according to the invention secondary constituents and additives of the polyamide-containing material used, such as SBR foam backing, chalk, soot and fabric residues, after depolymerization continuously and by analysis and monitoring of the Spaltsäure- and nitrogen content of the current of the additives Contains controlled and regulated depending on the nitrogen content and catalyst content, such as phosphoric acid auszuschleusen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Phosphorsäuregehalt in der Ausschleusung zwischen 0.1 Massen % und 50 Massen%, besonders vorteilhaft zwischen 1 Massen% und 25 Massen % zu halten. Der Gehalt an Stickstoff liegt vorteilhaft zwischen 0.1 Massen % und 10 Massen%, besonders vorteilhaft zwischen 1 Massen% und 5 Massen %.It has proved to be advantageous to keep the phosphoric acid content in the discharge between 0.1 mass% and 50 mass%, particularly advantageously between 1 mass% and 25 mass%. The content of nitrogen is advantageously between 0.1 mass% and 10 mass%, particularly advantageously between 1 mass% and 5 mass%.
Insbesondere wird die Analyse und Überwachung des Spaltsäure- und Stickstoffgehaltes des Stromes, der die Zuschlagsstoffe und Nebenbestandteile enthält und die Depolymerisation verlässt, vorteilhaft kontinuierlich durchgeführt, da sich die Zusammensetzung des dem Verfahren zugeführten Rohstoffes, nämlich der Polyamid-haltigen Abfälle, beständig ändert,In particular, the analysis and monitoring of the cracking acid and nitrogen content of the stream containing the aggregates and secondary constituents and leaving the depolymerization is advantageously carried out continuously, since the composition of the raw material fed to the process, namely the polyamide-containing waste, is constantly changing,
Außerdem ist es bevorzugt, dass das Rohcaprolactamkonzentrat aus einer ersten Destillation (Eindampfung C 01) durch kontinuierliche Analysen auf seine Qualitätsmerkmale wie Permanganatzahl, UV-Transmission, APHA-Zahl, Alkalität und flüchtigen Basengehalt untersucht wird.In addition, it is preferred that the crude caprolactam concentrate from a first distillation (evaporation C 01) is analyzed by continuous analysis for its quality characteristics such as permanganate number, UV transmission, APHA number, alkalinity and volatile base content.
Vorzugsweise hat das Rohcaprolactam die folgenden Mindest - Eigenschaften: APHA >4, UV-Transmission <82, Permanganatzahl <8000 sec, Alkalität >0,5 mmol/kg, flüchtige Basen>0,5 mmol/kg. Sollten die Werte nicht den Analysen eines industriell auf dem Syntheseweg hergestellten und gewünschten Caprolactam entsprechen, ist es vorteilhaft, dass die Betriebsbedingungen in C01-C05, R02 und K01,K02 und die Qualitätsmerkmale wie Permanganatzahl, UV-Transmission, APHA-Zahl, Alkalität und flüchtigen Basengehalt einem Speicher zugeführt werden, durch Neuronale Netz Software Korrelationen von Betriebsbedingungen und Qualitätsmerkmalen bestimmt werden und diese zur Steuerung und Regelung der Destillation (Eindampfung) im wirtschaftlichsten Bereich benutzt werden. Dazu werden aus verknüpften linearen und nichtlinearen Gleichungsystemen höherer Ordnung, deren Konstanten durch Gleichungslöser ermittelt. Ein wesentlicher Punkt sind ausserdem Kennfelder in denen Abhängigkeiten der Produktqualität von den Prozessbedingungen erfasst werden, wie sie ähnlich aus der Automobilindustrie zur Motorsteuerung bekannt sind. Wesentliche Merkmale dieser Regelung sind, dass beispielsweise bei dem Unterschreiten der UV-Transmission die Dampftemperatur reduziert, bei einer Zunahme von Alkalität und flüchtigem Basengehalt die Phosphorsäurekonzentration erhöht und bei einer Zunahme der Permanganatzahl der Spaltdampf- bzw.Druck im Depolymerisationsreaktor verringert wird. In den Destillationskolonnen C01-C05 erfolgt in Abhängigkeit von der Abweichung der Kriterien die an ein hochreines Caprolactam zu stellen sind eine Reduzierung oder Erhöhung des Drucks. Eine Erhöhung des Rücklaufverhältnisses oder ein Absenken der Temperatur werden durchgeführt, wenn die Farbwerte schlechter werden.The crude caprolactam preferably has the following minimum properties: APHA> 4, UV transmission <82, permanganate number <8000 sec, alkalinity> 0.5 mmol / kg, volatile bases> 0.5 mmol / kg. If the values do not correspond to the analyzes of a industrially synthesized and desired caprolactam, it is advantageous that the operating conditions in C01-C05, R02 and K01, K02 and the quality features such as Permanganatzahl, UV transmission, APHA number, alkalinity and Volatile base content are fed to a memory, determined by neural network software correlations of operating conditions and quality characteristics and these are used to control and regulate the distillation (evaporation) in the most economical area. For this purpose, linear and nonlinear higher-order equation systems whose constants are determined by equation solvers are determined. An essential point is also Characteristic maps in which dependencies of the product quality are covered by the process conditions, similarly known from the automotive industry for engine control. Significant features of this control are that, for example, falls below the UV transmission, the steam temperature is reduced, with an increase of alkalinity and volatile base content, the phosphoric acid concentration increases and with an increase in Permanganzahlahl the Spaltdampf- or pressure is reduced in Depolymerisationsreaktor. In the distillation columns C01-C05, depending on the deviation of the criteria to be applied to a high-purity caprolactam, there is a reduction or increase in pressure. An increase in the reflux ratio or a lowering of the temperature are carried out as the color values deteriorate.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt in einem Raffinationsschritt dem nach Stufe b) erhaltenen Caprolactam Additive und/oder Oxidationsmittel zuzusetzen. Wenn in Stufe b) mehr als eine Destillation durchgeführt wird, dann können die Additive und/oder Oxidationsmittel dem nach der ersten und vor der letzten Destillation erhaltenen Caprolactam mindestens einmal zugesetzt werden. Vorzugsweise werden die Additive und/oder Oxidationsmittel nach der ersten Destillation zugesetzt.In the process according to the invention, it is preferable to add additives and / or oxidants to the caprolactam obtained after stage b) in a refining step. If more than one distillation is carried out in step b), then the additives and / or oxidants may be added at least once to the caprolactam obtained after the first and before the last distillation. Preferably, the additives and / or oxidants are added after the first distillation.
Insbesondere bevorzugt ist es, dass das Rohcaprolactamkonzentrat aus der Destillation (Eindampfung C01) zur Verbesserung der Qualitätsmerkmale wie Permanganatzahl, UV-Transmission, APHA-Zahl, Alkalität und flüchtigen Basengehalt durch mindestens einen Abscheider vor und hinter der Destillation zur Behandlung mit Additiven und/oder Oxidationsmitteln geleitet wird, Dabei kann die Zugabe von Additiven und/oder Oxidationsmitteln zum Rohcaprolactamkonzentrat in einem Raffinationsschritt wegen der nicht einheitlichen Rohstoffzusetzung des Eingangsproduktes, nämlich der Polyamid-haltigen Abfälle, durch kontinuierliche Analyse überwacht und die zugeführte Menge gesteuert wird. Die Dosierung eines Oxidationsmittels, wie einer wässrigen Kaliumpermanganatlösung, erfolgt in Abhängigkeit von der UV-Transmission und der APHA-Zahl und ist so zu gestalten, dass bei schlechter werdender Farbe mehr Permanganat zugegeben wird.It is particularly preferred that the Rohcaprolactamkonzentrat from the distillation (evaporation C01) to improve the quality characteristics such as Permanganatzahl, UV transmission, APHA number, alkalinity and volatile base content by at least one separator before and after the distillation for treatment with additives and / or In this case, the addition of additives and / or oxidants to Rohcaprolactamkonzentrat in a refining step due to the non-uniform raw material addition of the input product, namely the polyamide-containing waste, monitored by continuous analysis and the amount supplied is controlled. The dosage of an oxidizing agent, such as an aqueous potassium permanganate solution, is a function of the UV transmission and the APHA number and should be designed so that more permanganate is added when the color gets worse.
Unterschreitet beispielsweise die UV-Transmission den Wert von 85% erfolgt die Zuspeisung eines Adsorptionsmittels wie beispielsweise Aktivkohle, unterhalb einer Grenze von 66% erfolgt die Zugabe eines weiteren Hilfsmittels wie beispielweise Diatomen Erde.If the UV transmission falls below the value of 85%, for example, the feed of an adsorbent such as activated carbon, below a limit of 66%, the addition of another aid such as diatom earth occurs.
Diese Steuerung ist nicht konstant aber proportional den Veränderungen, da die mit dem Rohmaterial eingetragenen Störstoffe die zu dosiernde Menge bestimmen und eine konstante Produktqualität nur so gewährleistet werden kann, weshalb die Produkteigenschaften gemessen werden. Dabei kann erreicht werden, dass mit möglichst wenig Additiv der größtmögliche Effekt erzielt wird und eine Überdosierung oder Unterdosierung als Folge der schwankenden Rohmaterialzusammensetzung vermieden werden kann, da dies wieder Kosten und Produktqualitätsverschlechterungen verursacht. In den nachfolgenden Reinigungsstufen können dann strengere/schärfere Betriebsbedingungen verwendet werden, um diese Poduktqualitätsverschlechterungen auszugleichen.This control is not constant but proportional to the changes, since the impurities introduced with the raw material determine the quantity to be metered and a constant product quality can only be guaranteed in this way, which is why the product properties are measured. It can be achieved that with the least possible additive the greatest possible effect is achieved and an overdose or underdosing can be avoided as a result of the fluctuating raw material composition, since this again causes costs and product quality deterioration. In the subsequent purification stages, stricter / harsher operating conditions may then be used to compensate for these product quality degradations.
Außerdem kann vorzugsweise nach Stufe b) eine Festbettfiltration des erhaltenen Caprolactams durchgeführt werden. Wenn mehr als eine Destillation in Stufe b) durchgeführt wird kann eine Festbettfiltration nach mindestens einer Destillation durchgeführt werden. Dabei wird die Festbettfiltration insbesondere bevorzugt nach der ersten Destillation durchgeführt. Wenn dem Caprolactam nach oder während der Stufe b) Additive und/oder Oxidationsmittel zugesetzt werden kann eine Festbettfiltration vor und/oder nach deren Zugabe durchgeführt werden.In addition, preferably after stage b), a fixed-bed filtration of the caprolactam obtained can be carried out. If more than one distillation is carried out in stage b), a fixed-bed filtration can be carried out after at least one distillation. In this case, the fixed-bed filtration is particularly preferably carried out after the first distillation. If added to the caprolactam after or during stage b) additives and / or oxidants, a fixed-bed filtration before and / or after their addition can be performed.
Zur wirtschaftlichen Nutzung von Abwärmen und der Verringerung des Verbrauchs an Wasser, können die Brüden aus einer ersten oder zweiten Destillation (Eindampfung C 03) nur teilweise und in der Menge kondensiert werden, so dass die Rücklaufmenge gewährleistet ist, und die übrigen nicht kondensierten und heißen Dämpfe nach Überhitzung als Spaltdampf bei der Depolymerisation genutzt werden können.For economical use of waste heat and reducing the consumption of water, the vapors from a first or second distillation (evaporation C 03) can only partially and condensed in the amount be ensured so that the return amount is ensured, and the remaining non-condensed and hot vapors can be used after overheating as cracking steam during depolymerization.
Außerdem ist es bevorzugt bei der wenigstens einen Destillation (Eindampfung) Stickstoff mit einer Ammoniakkonzentration von vorteilhaft 100 ppm bis 5%, besonders vorteilhaft 250 ppm bis 3% einzuspeisen. Wenn mehr als eine Destillation durchgeführt werden, ist es bevorzugt Stickstoff in der dritte Destillation (Eindampfung C04) einzuleiten.In addition, it is preferred in the at least one distillation (evaporation) to feed nitrogen with an ammonia concentration of advantageously 100 ppm to 5%, particularly advantageously 250 ppm to 3%. When more than one distillation is carried out, it is preferable to introduce nitrogen in the third distillation (evaporation C04).
Außerdem ist es bevorzugt, dass in einer Destillation, insbesondere einer vierten Destillation (Caprolactamrektifikation C05), im Sumpf anfallende Oligomere mit niedrigem Molekulargewicht, die sich mit wirtschaftlichem Vorteil noch zu Caprolactam spalten lassen und sich vorteilhaft auf die Ausbeute auswirken, zur erneuten Aufbereitung dem Aufschmelzen oder der Depolymerisation zugeführt werden.In addition, it is preferred that in a distillation, in particular a fourth distillation (Caprolactamrektifikation C05), low-molecular-weight oligomers which can be cleaved to caprolactam with economic advantage and have an advantageous effect on the yield, the melt for refining or the depolymerization are supplied.
Außerdem kann der aus der Depolymerisation ausgeschleuste flüssige Strom anorganische Salze, überschüssige Phosphorsäure, artfremde Polymere und Oligomere, die nicht mehr zu Caprolactam gespalten werden können, mit den Rückständen aus einem Raffinationsreaktor, wie R02, vermischt werden und einer Neutralisation zugeführt werden, wie anhand der Fig. 1 und 2 nachstehend beschrieben. Der Rückstand aus der Neutralisation, der noch organische Bestandteile enthält, kann dann einer thermischen Verwertung zugeführt wird.In addition, the liquid stream discharged from the depolymerization can be mixed with the residues from a refining reactor, such as R02, and neutralized with inorganic salts, excess phosphoric acid, foreign polymers and oligomers which can no longer be split into caprolactam, and fed to a neutralization, as described in US Pat Figs. 1 and 2 described below. The residue from the neutralization, which still contains organic constituents, can then be sent for thermal utilization.
Durch das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hochreines Caprolactam erhalten. Durch die Rückführung der schlechten Produktströme werden erstens eine hohe Ausbeute und zweitens ein hochreines Produkt erzeugt.By carrying out the process according to the invention, high-purity caprolactam is obtained. By recycling the poor product streams, first, a high yield and, secondly, a high purity product are produced.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren in einer vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform, dass kein Frischdampf benötigt wird, wenn alles Wasser zur Dampferzeugung bzw. aller Dampf in der Spaltung innerhalb des Verfahrens recycliert wird.Another advantage of the method according to the invention in a preferred embodiment described above, that no live steam is required if all water for steam generation or all steam in the cleavage is recycled within the process.
In einer weiteren bevorzugten vorstehend beschriebenen Ausführungsform hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass kein Abfallstrom die Anlage verlässt, der ein Caprolactam-Wasser-Gemisch enthält. So enthält der in den Fig.1 beschriebene Strom 33 geschmolzenes Polyamid/Phosphorsäure/Kreide/Zuschlagsstoffe aber kein Caprolactam. Alle Caprolactam-haltigen Ströme können intern rückgeführt und wieder aufbereitet werden.In a further preferred embodiment described above, the inventive method has the advantage that no waste stream leaves the plant containing a caprolactam-water mixture. Thus, the
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine Analge zum Durchführen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.Figs. 1 and 2 show schematically an apparatus for carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention.
In den Fig. 1 und 2 bedeuteten:
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nunmehr anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale der Ausführungsform so verstanden werden sollen, dass diese unabhängig voneinander vorteilhaft im erfindungsgemäßen Verfahren angewendet werden können.The inventive method will now be explained in more detail with reference to FIGS. 1 and 2, wherein the individual features of the embodiment should be understood that they can be used independently advantageous in the method according to the invention.
Die Herstellung des hochreinen und zur Polykondensation von Polyamid 6 Produkten allerbester Farb- und Produktqualität, die frei ist von eigenschafts- oder gebrauchsmindernden Nebenprodukten ist dadurch gekennzeichnet, dass die durch mechanische Verfahren zurückgewonnen Polyamid 6 Abfälle wie Abbildung 1 zeigt, über die Zuführung 1 einem Aufschmelzextruder E01 zugeführt werden. In diesem Extruder werden unter schonenden thermischen und mechanischen Bedingungen die Polyamid 6 Abfälle verdichtet und aufgeschmolzen. Es hat sich im Laufe des Betriebes einer Produktionsanlage als wirtschaftlich vorteilhaft erwiesen, dass Rückstand 25 der aus der Vakuumkolonne C05 stammt und der neben kurzkettigen Polymeren, Farbträgem und Produkten aus Nebenreaktionen noch verwertbare Mengen an Caprolactam enthält, nicht einer Entsorgung, sei es durch thermische Verwertung oder andere Verfahren, zugeführt wird, sondern als wertvoller Rohstoff zur Steigerung der Ausbeute zu dem eingehenden verunreinigten Material zurückgeführt und mit diesem vereinigt dem in die Depolymerisation gehenden Stoffstrom 2 zugesetzt wird. Die Einspeisung des Rückstandes 25 aus der Vakuumkolonne C05 kann hinter einem Aufschmelzextruder E01 in die Zuführungsleitung 2 oder in den Depolymerisationsreaktor R01 direkt erfolgen. Dieses Vorgehen hat sich dann als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Aufschmelzen der Polyamidabfälle unter Vakuum stattfindet. Eine anderes Verfahren hat sich dann im Hinblick auf den Polymerabbau und den Energieverbrauch als gegenüber dem vorhergehend beschriebenen als wirtschaftlich stärker vorteilhaft bewährt, wenn die Zuführung des Destillationsrückstandes 25 aus der Vakuumkolonne CO5 während des Aufschmelzens so an einer Stelle in den Extruder E01 erfolgt, dass die ins Vakuum gehenden Brüden nicht belastet werden, dies kann beispielsweise in der Verdichtungszone erfolgen. Der eingespeiste Destillationsrückstand 25 aus der Vakuumkolonne C05 setzt zum einen die Schmelzeviskosität herunter, fördert zum anderen den Abbau der Polymerketten und erleichtert so den Transport durch den Extruder bei niedrigerer Antriebskraft.The production of the high-purity and polycondensation of
Die den Aufschmelzapparat E01 verlassende Polyamidschmelze wird über die Zuleitung 2 dem Depolymerisationsreaktor R01 kontinuierlich zugeführt, in dem nach dem bekannten Verfahren nach DE 887199, EP 0875504, DE 910056, US 4605762, JP 53-13636 bei Temperaturen zwischen 180°C und 300°C, Drücken von 0,5 bar und 2 bar Phosphorsäure 5 und Dampf 4 zugespeist wird, wobei eine Aufspaltung der Polymerketten in Oligomere und Monomere erfolgt. Wie der einschlägigen Literatur beispielweise Brandrup/Bittner/Michaeli/Menges "Die Wiederverwertung von Kunststoffen", S. 513-520 Verlag Carl Hanser München Wien 1995 zu entnehmen ist, wird dabei wieder Caprolactam zurückgebildet, das zusammen mit dem Wasserdampf und weiteren dampfflüchtigen Bestandteilen über die Brüdenleitung 6 den Reaktor R01 verlässt.The polyamide melt leaving the melting apparatus E01 is fed continuously via the
Bei der Herstellung von Polyamid 6 Granulat durch ringöffnende Polykondensation von Caprolactam verbleiben noch Monomer und niedermolekulare Bestandteile als Rückstände im Polyamid 6 Granulat und verschlechtern die Gebrauchseigenschaften. Durch eine dem Fachmann bekannte Wasserextraktion werden diese Produkte dem Polymer entzogen. Die in dem Extraktwasser enthaltenen niedermolekularen Anteile und löslichen Monomere liegen in starker Verdünnung vor und verursachen bei einer Entsorgung als Abfall hohe Kosten. Es hat sich bei einer Betrachtung über die Wirtschaftlichkeit einer Eindampfung der niedrig-konzentrierten Lösung und einer Rückspeisung des Konzentrates herausgestellt, dass dieses Verfahren gegenüber einer Entsorgung als Abfall Kostenvorteile bietet. Dieser Vorteil erhöht sich auch dadurch, dass die in der Aufkonzentration des Caprolactam-Wassergemisches anfallenden Brüden 7 und die darin enthaltene Exergie wirtschaftlich genutzt wird. Dies geschieht nach dem vorliegenden Verfahren in dem diese Brüden 7 vorteilhaft wie in Abbildung 1 gezeigt, dem Sumpfreboiler W03 der Kolonne C02 zur Erhitzung und der Destillation des Extraktwassers zugeführt werden. Ein Teil des Kondensates 8 aus W03 wird nach Abgabe seines Wärmeinhaltes wieder als Rücklauf in die Aufkonzentration des Caprolactam in den Kopf von C01 eingespeist und der Rest im Neutralisationsbehälter R03 zur Bereitung der Neutralisationslösung und Quenchung des Rückstandstromes 3 eingesetzt.In the production of
Es hat sich überraschenderweise während des Betriebes einer Aufbereitungsanlage von Polyamid 6 Produkten herausgestellt, dass es wirtschaftlich und für die Produktreinheit des Caprolactam von Vorteil ist, wenn das Konzentrat 32 aus der Extraktions- und Eindickungskolonne dem Depolymerisationsreaktor R01 zugeführt wird.It has surprisingly been found, during operation of a
Da die mechanische Aufbereitung und Trennung nach der Schwimm-Sink-Zentrifugen-Technologie nicht hundertprozentig reines Polyamid 6 und von Störstoffen vollständig befreites Polymer dem Extruder E01 anliefert in dem beispielsweise noch Anteile an SBR-Schaumrücken und Kreide aus der Aufbereitung von Teppichen, Russ, Geweberückstände sowie andere Füllstoffe im Stoffstrom 2 enthalten sind. Es hat sich beim kommerziellen Betrieb einer Caprolactam-Rückgewinnungsanlage als vorteilhaft erwiesen, diese Nebenbestandteile kontinuierlich und durch Analysen und online Messungen des Phosphorsäuregehaltes gesteuert über die Rückstandsleitung 3 auszuschleusen. Besonders vorteilhaft hat sich das Überwachen und Steuern der auszuschleusenden Masse durch Analysen und online Messungen des Phosphorsäuregehaltes in Strom im Hinblick auf den wirtschaftlichen Betrieb einer solchen Anlage erwiesen, da dadurch zum einen der Verbrauch an Phosphorsäure und zum anderen der Verbrauch an Alkali zur Neutralisation des Rückstandes 3 in Reaktor R03 minimiert werden konnte. Femer konnten durch Messung und Überwachung des Stickstoffgehaltes im auszuschleusenden Stoffstrom 3 vorteilhaft die Polymerkettenspaltung und somit die Ausbeute an Caprolactam gegenüber einer nicht Stickstoff überwachten Betriebsweise im Bereich von 5% -25 % gesteigert werden. Das vorstehend beschriebene hat sich als überaus vorteilhaft bei auf den Betrieb einer mit Polyamid 6 Abfällen betriebenen Caprolactamaufbereitungsanlage ausgewirkt. Im Gegensatz zu einer Caprolactamproduktion aus reinen Rohstoffen bei der es zu keiner Störung des kontinuierlichen Betriebes durch schwankende Zusammensetzung des eingehenden Produktstromes kommt, können die aus der wechselnden Zusammensetzung des Eingangsmaterials resultierenden Produktqualitätsschwankungen ausgeregelt und ausgeglichen werden.Since the mechanical treatment and separation according to the floating-sink centrifuge technology not 100%
Das in die Kolonne C01 gelangte Caprolactam-Wasser-Gemisch wird durch fraktionierte Destillation aufkonzentriert, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat, dass durch Auswahl der Kolonneneinbauten, des Rücklaufverhältnisses im Bereich von 1:10 bis 10:1, besonders vorteilhaft 1: 2 bis 1:4, einer Temperatur im Bereich von 150°C bis 300°C und 0,1 bar bis 1 bar die im Caprolactamsumpf verbleibenden Nebenprodukte aus den Störstoffbeimengungen zu minimieren. Es hat sich im Hinblick auf die Reinheit des Caprolactam als vorteilhaft erwiesen, diese Nebenbestandteile kontinuierlich und durch Analysen und online Messungen zu überwachen und die Betriebsbedingungen wie beispielsweise Temperatur, Druck und Rücklaufverhältnis so zu steuern, dass die bestmögliche Entfernung der Nebenprodukte erreicht wird. Dies Ziel wird unter anderem dadurch erreicht, dass über einen Betriebszeitraum von 1000 Stunden verschiedene Parameter eingestellt werden und die online gemessenen Werte einen Mikrocomputer zur Auswertung mit einem Neuronalen Netzwerk Programm übergeben werden.The caprolactam-water mixture which has passed into the column C01 is concentrated by fractional distillation, and it has proved to be advantageous that by selecting the column internals, the reflux ratio in the range from 1:10 to 10: 1, particularly advantageously from 1: 2 to 1: 4, a temperature in the range of 150 ° C to 300 ° C and 0.1 bar to 1 bar to minimize the remaining in the caprolactam by-products from the Störstoffbeimengungen. It has been found advantageous in view of the purity of the caprolactam to monitor these minor constituents continuously and by analysis and online measurements and to control the operating conditions such as temperature, pressure and reflux ratio in such a way that the best possible removal of the by-products is achieved. Among other things, this goal is achieved by setting various parameters over an operating period of 1000 hours and passing the values measured online to a microcomputer for evaluation with a neural network program.
Das die Kolonne C01 verlassende Produkt 9 enthält noch in der wässrigen Phase dispergierte Stoffe. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, für die Erreichung eines Rohcaprolactam mit guten Produkteigenschaften einen Abscheider A01 in die Leitung 10 einzubinden, in dem sich die in der wässrigen Phase dispergierten flüssigen, mitunter öligen Beimischungen abscheiden und als Stoffstrom 11 einer weiteren Verwertung wie z.B. Verbrennung zugeführt werden. Des weiteren konnte im Laufe des Anlagenbetriebs herausgefunden werden, dass ein Überleiten des Rohcaprolactamstromes 12 durch einen Festbettwechselfilter A02 sich vorteilhaft auf die Farbreinheit auswirkt.The
In dem nachfolgenden Reaktor R02 findet die von der kommerziellen Caprolactamherstellung aus reinen Rohstoffen bekannte Behandlung der wässrigen Lösung mit Additiven und Oxidationsmitteln 14, so beispielsweise Kaliumpermanganat zur Verbesserung der Farbe, der Säurezahl und des Doppelbindungsgehaltes statt. Im Gegensatz zur industriellen Produktion die kontinuierlich und nur geringfügig schwankende Caprolactamqualität zu beherrschen hat und mit festeingestellten Additivzugaben arbeiten kann, schwanken die Produkteigenschaften der Caprolactamlösung aufgrund der sich mitunter extrem ändernden Zusammensetzung des eingehenden Polyamids. Um diesem Verhalten Rechnung zu tragen werden die Messergebnisse der Qualitätsüberwachung, die beispielsweise durch FTIR, Refraktometer, UV-Spektrometer erfolgen, an der Kolonne C01 benutzt, die Additivart und Additivzugabemasse so zu dosieren, dass ein geringst notwendiger Chemikalienverbrauch eine bestmögliche Rohcaprolactamqualität ergibt. Nach Abtrennung des Feststoffanteils im Abscheider A03, geht das Produkt 17 nochmals durch eine Festbettwechselfilter A04, was sich vorteilhaft auf die Farbreinheit auswirkt. Zur weiteren Konzentration der wässrigen Caprolactamlösung erfolgt die Einspeisung des Stromes 18 auf eine mittlere Trennstufe einer Rektifikationskolonne C03. Hier wird nach bekannten Verfahren Wasserdampf bei Drücken im Bereich von 20 mbar bis 250 mbar und Temperaturen im Bereich von 100°C bis 200 °C, Rücklaufverhältnis im Bereich von 1:10 bis 2:1 über Kopf abgezogen und es findet eine Aufkonzentrierung des Caprolactam unter Zugabe von alkalischen Neutralisationsmitteln 19 statt. Zur optimalen Nutzung von Abwärmen und dem Verbrauch an Wasser zur Spaltung des Polyamides hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Brüden 20 aus C03 nur teilweise und in der Menge zu kondensieren, dass die Rücklaufmenge gewährleistet ist. Die übrigen nicht kondensierten und heißen Dämpfe 20 werden nach Überhitzung in W04 dem Stoffstrom 4 zugesetzt.In the subsequent reactor R02, the treatment of the aqueous solution with additives and
Das den Sumpf der Kolonne C03 verlassende Konzentrat 21 wird in den Mittelteil einer weiteren Refraktionierungskolonne C04 aufgegeben, wo unter Drücken im Bereich von 0,5 mbar bis 50 mbar und Temperaturen im Bereich von 115°C bis 200 °C, Rücklaufverhältnis im Bereich von 1:10 bis 2:1 schwerer als Wasser siedende Komponenten abgetrennt werden. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass sich die Produkteigenschaften des zurückgewonnen Caprolactam entscheidend verbessern, wenn im unteren Teil der Kolonne ein Stickstoffstrom 23 zugeführt wird, der sowohl 100 ppm bis 5% Ammoniak beinhalten kann. Es hat beim Betrieb einer Teppichrecyclinganlage als vorteilhaft für die Erreichung eines niedrigen Säuregehaltes und einer guten Farbreinheit im Stoffstrom 24 erwiesen, bei der Rektifikation mit ammoniakhaltigem Stickstoff zu strippen.The
In der Stufe C05, einer weiteren Rektifikationskolonne bei der eine wasserfreie Caprolactamschmelze in den Mittelteil eingespeist wird unter den dem Fachmann bekannten Bedingungen mit reduziertem Druck im Bereich von 0,5 mbar bis 50 mbar und Temperaturen im Bereich von 115°C bis 200 °C, Rücklaufverhältnis im Bereich von 1:10 bis 2:1 Caprolactam destilliert.In the step C05, a further rectification column in which an anhydrous caprolactam melt is fed into the middle section under the conditions known to those skilled in the art at reduced pressure in the range of 0.5 mbar to 50 mbar and temperatures in the range of 115 ° C to 200 ° C, Reflux ratio in the range of 1:10 to 2: 1 caprolactam distilled.
Im Sumpf der Kolonne bleiben Oligomere mit niedrigem Molekulargewicht, die sich mit wirtschaftlichem Vorteil noch zu Caprolactam spalten lassen und vorteilhaft auf die Ausbeute als Rückstandsstrom 25 zur erneuten Aufbereitung in den Extruder E01 oder den Reaktor R01 zurückgeführt werden.In the bottom of the column remain low molecular weight oligomers, which can be split with economic advantage to caprolactam and advantageously due to the yield as
Der Caprolactamdampf 26 wird in der Reinigungsstufe K01 durch Abkühlen partiell niedergeschlagen. Entsprechend dem Phasengleichgewicht weist der zuerst niedergeschlagene Feststoff einen höheren Reinheitsgrad auf als die zurück bleibende flüssige Restschmelze.The
Diese Art der Reinigung von Caprolactam in K01 und K02 zeichnet sich dadurch aus, dass sie in zwei Schritten abläuft und sich an die bekannten Zonen- und Abschmelztechnologien anlehnt. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, diese Kristallisation in einem Röhrenfallfilmapparat durchzuführen wie er unter anderem von der Fa. Sulzer bekannt ist. Der beim bekannten fraktionierten Kristallisieren auf die Abscheidung von Kristallen an einer Wand folgende Aufschmelzvorgang liefert ein zuerst anfallendes Produkt, das über die Leitung 27 der Kristallisationsstufe K02 zugeführt wird. Verbunden mit dieser Stufe ist der Analysator S01. Dieser Analysator S01erfüllt, so hat es sich vorteilhaft im Laufe des Betriebes herausgestellt, die Aufgabe das abgeschmolzene Produkt auf seine optischen Eigenschaften hin zu prüfen und je nach Güte die Schmelze diese über das Ventil V01 entweder dem Depolymerisationsreaktor R01, der Kolonne C04 oder C05 zu zuteilen oder bei entsprechender Reinheit ein zweites mal der Kristallisation K01 zuzuleiten. Der Ablauf des fraktionierten Kristallisations- und Abschmelzverfahrens ist bestimmt von der Schmelztemperatur der Caprolactamkristalle. Hochreines Caprolactam weist den höchsten Schmelzpunkt auf und wird zuerst an den Apparatewänden niedergeschlagen, die nachfolgenden Kristallschichten sind leicht mit Mutterlauge verunreinigt und kristallisieren später. Die am stärksten verschmutzten Schichten liegen aussen. Nach Unterschreiten der Temperatur in der Kristallschicht von beispielsweise 5°C unter den Schmelzpunkt von reinem Caprolactam wird der Durchfluss an Mutterlauge durch den Kristallisator gestoppt und es erfolgt die Umschaltung von Kühlen auf Heizen. Da die verunreinigten Kristalle zuerst schmelzen, tropfen diese ab, werden gesammelt und der zweiten Stufe K02 zugeführt. Nach beispielsweise dem Erreichen einer Temperatur von 2°C unter dem Schmelzpunkt von reinem Caprolactam in K01, wird der Abfluss zu K02 gestoppt, die Aufheizgeschwindigkeit erhöht und das reine Caprolactam abgeschmolzen. Dieser Vorgang aus K01 bekannte Vorgang wiederholt sich in K02 erneut, mit dem Unterschied, dass die zu Anfang abschmelzenden Kristalle abhängig von der Temperatur in andere Apparate und das Hauptprodukt der Kristallisation K02 zurück in die Kristallisation K01 verbracht werden . Erfindungsgemäß wird das zu Beginn des Abschmelzvorgangs stärker verschmutzte Produkt dem Depolymerisationsreaktor R01, das Produkt mit mittlerer Verschmutzung der Kolonne C03 und das zuletzt anfallende Produkt der Kolonne C04 oder der Reinigungsstufe K01 zugeleitet. Über die Mengen entscheidet das Analysenergebnis und ein Mikroprozessor gesteuertes Auswerte- und Regelsystem. Nachdem das Zonenabschmelzen in K01 von unreinem Produkt abgeschlossen ist, erfolgt das Abschmelzen des verbliebenen reinen Kristallisats 25, das gelagert bzw. gepuffert wird für die Abnahme durch eine Polykondensationsanlage. Dieser Puffer ist vorteilhaft und erfindungsgemäß ebenfalls mit einer Analysenvorrichtung versehen, wie sie zur Aufteilung des Vorschmelzproduktes 21 verwendet wird. Sie dient der Überwachung der Säurezahl und Farbreinheit und regelt die Freigabe des Produktes zur Weiterverarbeitung in einer Polykondensationsanlage. Sollte die Reinheit beispielweise durch zu lange Lagerung nicht mehr erreicht werden, so steuert dieser Analysator eine Rückführung des gesamten oder nur eines Teils des Inhaltes zur Reinigungsstufe K01/K02.This type of caprolactam purification in K01 and K02 is characterized by its two-step nature, following the familiar zone and meltdown technologies. It has proven to be advantageous to carry out this crystallization in a tube falling film apparatus as it is known, inter alia, from the company. Sulzer. The fusion process following the known fractional crystallization on the precipitation of crystals on a wall yields a first product which is fed via the
Der in der Depolymerisation R01 anfallende flüssige Strom 3 enthält anorganische Salze, überschüssige Phosphorsäure, artfremde Polymere und Oligomere, die nicht mehr zu Caprolactam gespalten werden können. Da das Produkt betriebsbedingt mehr Säure als ein neutrales Gemisch enthält, wird es vereinigt mit den Rückständen 12 aus dem Reaktor R02 vermischt und einer Neutralisationsstufe R03 zugeführt. Hier erfolgt die Zugabe von soviel Base, dass ein neutrales Salz 33 gebildet wird, das aufgrund seines organischen Restgehaltes einer thermischen Verwertung zugeführt wird.The resulting in the depolymerization R01
Betrieb einer Produktionsanlage nach Verfahren nach Abbildung 1 und 2 mit faserigem, aus Teppichen zurückgewonnenem Polyamid 6
- Ohne
Rückführung von Strom 25 Rückstand aus Kolonne C04, - ohne kontinuierliche Phosphorsäure und Stickstoffüberwachung des Produktstromes 3 aus dem Depolymerisationsbehälter R01,
- ohne
Kreislaufführung der Brüden 7 aus Kolonne C01 über W03 und Energieaustausch Polyamidextraktwasser C02, - ohne
Überwachung der Produkteigenschaften 9 nach C02 und keine Rückführregelung der Bedingungen in C02, - ohne Feststofffiltration A02 und A03,
- ohne Rückführung der Brüden 20 aus Kolonne C03 und Nutzung als Dampf in R01
- ohne Einspeisung
von ammoniakhaltiges Strippgas 23 in Kolonne C04 - ohne Qualitätsanalyse
S01 im Abschmelzprodukt 27 der fraktionierten Kristallisation K01 und Steuerung der Rückführmengen durch V01 zu E01, R01, C04 und C05
- Without recycling of
stream 25 residue from column C04, - without continuous phosphoric acid and nitrogen monitoring of the
product stream 3 from the depolymerization vessel R01, - without circulation of the
vapors 7 from column C01 via W03 and energy exchange of polyamide extract water C02, - without monitoring the
product properties 9 according to C02 and no feedback control of the conditions in C02, - without solids filtration A02 and A03,
- without recycling the
vapors 20 from column C03 and use as steam in R01 - without feed of ammonia-containing stripping
gas 23 in column C04 - without quality analysis S01 in the
melting product 27 of the fractional crystallization K01 and control of the recirculation quantities by V01 to E01, R01, C04 and C05
Betrieb einer Produktionsanlage nach Verfahren nach Beispiel 1 nach Einbau
Rückführung von Strom 25 Rückstand aus Kolonne C04,- kontinuierlicher Phosphorsäure und Stickstoffüberwachung des Produktstromes 3 aus dem Depolymerisationsbehälter R01,
- Recycling of
stream 25 residue from column C04, - continuous phosphoric acid and nitrogen monitoring of the
product stream 3 from the depolymerization tank R01,
Betrieb einer Produktionsanlage nach Verfahren nach Beispiel 2 nach Einbau
Kreislaufführung der Brüden 7 aus Kolonne C01 über W03 und Energieaustausch Polyamidextraktwasser C02,Überwachung der Produkteigenschaften 9 nach C02 und keine Rückführregelung der Bedingungen in C02,- Feststofffiltration A02 und A03,
- Circulation of the
vapors 7 from column C01 via W03 and energy exchange of polyamide extract water C02, - Monitoring of
product properties 9 according to C02 and no feedback control of the conditions in C02, - Solids filtration A02 and A03,
Betrieb einer Produktionsanlage nach Verfahren nach Beispiel 3 nach Einbau von
Rückführung der Brüden 20 aus Kolonne C03 und Nutzung als Dampf in R01- Einspeisung
von ammoniakhaltiges Strippgas 23 in Kolonne C04 - Qualitätsanalysegerät
S01 im Abschmelzprodukt 27 der fraktionierten Kristallisation K01 und Steuerung der Rückführmengen durch V01 zu E01, R01, C04 und C05
- Return of the
vapors 20 from column C03 and use as steam in R01 - Feeding of ammonia-containing stripping
gas 23 in column C04 - Quality analyzer S01 in melting
product 27 of fractional crystallization K01 and control of recirculation quantities by V01 to E01, R01, C04 and C05
Wie Beispiel 4, geänderter Rohstoff
Gewölleabfälle aus der Produktion von Polyamidfasern
Wastes from the production of polyamide fibers
Claims (13)
- A method for the manufacture of caprolactam from polyamide-containing waste, comprising the steps ofa) depolymerising the polyamide-containing waste, whereby a caprolactam raw material and, where applicable, a flow containing secondary constituents or additives is obtained,b) distilling the caprolactam raw material at least once, andc) crystallising at least once the caprolactam material obtained in step b), whereby caprolactam is obtained,
wherein at least part of the caprolactam obtained in step c) with a permanganate number of < 10000 sec. and a UV transmission of < 85% is added to the polyamide-containing waste before and/or during the depolymerisation. - The method according to claim 1, wherein at least part of the caprolactam obtained in step c) with a permanganate number of < 10000 sec. and a UV transmission of < 85% is added to step b).
- The method according to one of the preceding claims, wherein it is carried out continuously.
- The method according to one of the preceding claims, wherein an acidic catalyst is added in step a).
- The method according to one of the preceding claims, wherein secondary constituents or additives are continuously and through analysis and monitoring of the cracking acid and nitrogen content of the flow, which contains the secondary constituents or additives and is obtained in step a), discharged in a controlled manner.
- The method according to claim 5, whereby the analysis and monitoring are carried out continuously.
- The method according to one of the preceding claims, whereby the reaction conditions in step a) are adapted to the changing composition of the polyamide-containing material.
- The method according to one of the preceding claims, wherein the caprolactam obtained after step b) is examined through continuous analysis for its quality features, such as permanganate number, UV transmission, APHA number, alkalinity and volatile base content.
- The method according to one of the preceding claims, wherein the caprolactam obtained after step b) is passed through at least one separator to improve the quality features, such as permanganate number, UV transmission, APHA number, alkalinity and volatile base content.
- The method according to one of the preceding claims, wherein additives and/or oxidation agents are added to the caprolactam obtained after step b).
- The method according to one of the preceding claims, wherein in step b) more than one distillation is carried out and additives and/or oxidation agents are added at least once to the caprolactam obtained after the first and before the last distillation.
- The method according to one of the preceding claims, wherein in addition a packed bed filtration is carried out before and/or during step b).
- The method according to claim 12, wherein additives and/or oxidation agents are added to the caprolactam obtained after and/or during step b) and a packed bed filtration is carried out before and/or after their addition.
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